Mécanismes chromatiniens dans les réponses géniques aux signaux lumineux – Light on chromatin

Chez tous les eucaryotes étudiés, les mécanismes chromatiniens se superposent à l'information génétique codée par l'ADN pour réguler l'expression génique. Des études utilisant des modèles animaux ou des champignons unicellulaires ont permis d'identifier un ensemble complexe d'inhibiteurs ou de coactivateurs de la transcription qui sont associés à des activités de modification de la chromatine. D'un point de vue fonctionnel, plusieurs de ces complexes activateurs s'associent intimement avec la machinerie transcriptionnelle pour réguler une série de gènes cibles. Ceux-ci incluent PAF1c, COMPASS et SAGA-like qui facilitent l'activité de l'ARN Polymerase II en coordonnant de multiples modifications d'histones (Berger, Nature 2007). L'impact des dynamiques chromatiniennes sur la modulation fine des gènes au cours du développement et en réponse à l'environnement est cependant encore mal connu. En particulier, du fait de leur nature dynamique, des approches expérimentales impliquant une vue cinétique et des systèmes modèles pertinents d'un point de vue moléculaire, physiologique, et écologique, doivent être développées. Ce projet propose d'utiliser les réponses transcriptionnelles induites par les signaux lumineux comme système pour l'étude de facteurs chromatiniens agissant comme coactivateurs transcriptionnels chez la plante Arabidopsis thaliana.

Les plantes constituent des organismes modèles pluricellulaires de choix dans ce domaine. Etant sessiles, elles sont particulièrement sensibles aux conditions environnementales et peuvent intégrer ce type d'information à des loci chromatiniens, notamment en réponse aux variations climatiques (Kumar & Wigge, Cell 2010). Plus généralement, un nombre grandissant de processus développementaux et adaptatifs impliquant des mécanismes chromatiniens ont été identifiés. Parmi ceux-ci, la photomorphogenèse est une transition se produisant lors de la sortie de terre de la plantule en croissance. Cette première exposition à la lumière induit un ensemble de transductions de signaux initiés par des photorécepteurs contrôlant l'expression de plusieurs centaines de gènes, permettant la biogenèse des appareils photosynthétiques puis le développement végétatif et reproductif. Des données récentes montrent que la photomorphogenèse nécessite des modifications chromatiniennes, telles que l'acétylation d'histones par GCN5, un facteur conservé des complexes de type SAGA ; et des cartographies épigénomiques ont récemment révélé la nature dynamique de quatre modifications d'histones dans ce processus. Enfin, notre groupe a pu montrer qu'un facteur photomorphogénique majeur, DET1, lie directement l'histone H2B et affecte son niveau de mono-ubiquitination. Ce type de "reprogrammation" de l'expression génique constitue un excellent système d'étude pour disséquer les réponses chromatiniennes en réponse à un signal environnemental.

Considérant 1) le rôle mécanistique de l'ubiquitination de l'histone H2B sur la transcription chez divers eucaryotes, 2) les connaissances encore partielles sur les coactivateurs de la transcription chez les plantes, et 3) le lien entre DET1 et cette même marque d'histone (H2Bub), nous proposons de focaliser plus particulièrement l'étude sur des orthologues de Bre1, COMPASS, PAF1c et SAGA chez les plantes, des facteurs liés à la marque H2Bub. Des approches de génétique moléculaire, de biochimie et d'épigénomique seront développées pour caractériser de façon systématique de nouvelles sous-unités de ces complexes chez les plantes et leur rôle dans la modulation de l'activité transcriptionnelle des gènes en réponse à la lumière. Ce rôle sera étudié au niveau local sur des gènes modèles et de façon globale sur l'ensemble des gènes répondant aux signaux lumineux. La combinaison de ces approches devrait générer des informations nouvelles d'intérêt général sur l'évolution de ces complexes, et sur leurs fonctions dans les dynamiques chromatiniennes en réponse à des facteurs environnementaux.